2017-2018-1 201553334 实验四 外设驱动程序设计

实验目的：

1. 学习资源中全课中的“hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf”中的第十一章，提交康奈尔笔记的照片。
2. 在Ubuntu完成资源中全课中的“hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf”中的第十一章的test试验。提交编译，加载模块，卸载模块，测试运行的截图

实验过程

1.康奈尔笔记的照片：

2. test测试实验:

该实验要求实现对虚拟设备（一段内存）的打开、关闭、读写的操作，并要通过编写测试程序来测试虚拟设备及其驱动运行是否正常。

源代码：

驱动程序的源代码 test_drv.c ：

/* test_drv.c */
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <asm/uaccess.h>
#define     TEST_DEVICE_NAME    "test_dev"
#define        BUFF_SZ                1024

/*全局变量*/
static struct cdev test_dev;
unsigned int major =0;
static char *data = NULL;

/*读函数*/
static ssize_t test_read(struct file *file, char *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
    int len;
    if (count < 0 )
    {
        return -EINVAL;
    }
    len = strlen(data);
    count = (len > count)?count:len;
    if (copy_to_user(buf, data, count)) /* 将内核缓冲的数据拷贝到用户空间*/
    {
        return -EFAULT;
    }
    return count;
}
/*写函数*/
static ssize_t test_write(struct file *file, const char *buffer,size_t count, loff_t *f_pos)
{

    if(count < 0)
    {
        return -EINVAL;
    }
    memset(data, 0, BUFF_SZ);
        count = (BUFF_SZ > count)?count:BUFF_SZ;
    if (copy_from_user(data, buffer, count)) /* 将用户缓冲的数据复制到内核空间*/
    {
        return -EFAULT;
    }
    return count;
}

/*打开函数*/
static int test_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("This is open operation\n");
    /* 分配并初始化缓冲区*/
    data = (char*)kmalloc(sizeof(char) * BUFF_SZ, GFP_KERNEL);
    if (!data)
    {
        return -ENOMEM;
    }
    memset(data, 0, BUFF_SZ); 
    return 0;
}

/*关闭函数*/
static int test_release(struct inode *inode,struct file *file)
{
    printk("This is release operation\n");
    if (data)
    {
        kfree(data); /* 释放缓冲区*/
        data = NULL; /* 防止出现野指针 */
    }
    return 0;
}
/* 创建、初始化字符设备，并且注册到系统*/
static void test_setup_cdev(struct cdev *dev, int minor, struct file_operations *fops)
{
    int err, devno = MKDEV(major, minor);
    cdev_init(dev, fops);
    dev->owner = THIS_MODULE;
    dev->ops = fops;
    err = cdev_add (dev, devno, 1);
    if (err)
    {
        printk (KERN_NOTICE "Error %d adding test %d", err, minor);
    }
}

/* 虚拟设备的file_operations结构 */
static struct file_operations test_fops = 
{
    .owner   = THIS_MODULE,
    .read    = test_read,
    .write   = test_write,
    .open    = test_open,
    .release = test_release,
};

/*模块注册入口*/
int init_module(void)
{
    int result;
    dev_t dev = MKDEV(major, 0);
    if (major)
    {/* 静态注册一个设备，设备号先前指定好，并设定设备名，用cat /proc/devices来查看 */
        result = register_chrdev_region(dev, 1, TEST_DEVICE_NAME);
    }
    else 
    {
        result = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, TEST_DEVICE_NAME);
    }
    if (result < 0) 
    {
        printk(KERN_WARNING "Test device: unable to get major %d\n", major);
        return result;
    }
    test_setup_cdev(&test_dev, 0, &test_fops);
    printk("The major of the test device is %d\n", major);
    return 0;
}

/*卸载模块*/
void cleanup_module(void) 
{
    cdev_del(&test_dev);
    unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 1);
    printk("Test device uninstalled\n");
}

虚拟设备的驱动程序的 Makefile ：

ifeq ($(KERNELRELEASE),)
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build /*内核代码编译路径*/
PWD := $(shell pwd)
modules:
    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
modules_install:
    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install
clean:
    rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions
.PHONY: modules modules_install clean
else
     obj-m := test_drv.o    /* 将生成的模块为test_drv.ko*/
endif

加载和卸载模块：
通过下面两个脚本代码分别实现驱动模块的加载和卸载。
加载脚本 test_drv_load 如下所示：

#!/bin/sh
# 驱动模块名称
module="test_drv"    
# 设备名称。在/proc/devices中出现
device="test_dev"    
# 设备文件的属性
mode="664"            
group="david"        

# 删除已存在的设备节点
rm -f /dev/${device} 
# 加载驱动模块
/sbin/insmod -f ./$module.ko $* || exit 1
# 查到创建设备的主设备号
major=`cat /proc/devices | awk "\\$2==\"$device\" {print \\$1}"`
# 创建设备文件节点
mknod /dev/${device} c $major 0
# 设置设备文件属性
chgrp $group /dev/${device}
chmod $mode  /dev/${device}

卸载脚本 test_drv_unload 如下所示：

#!/bin/sh
module="test_drv"    
device="test_dev"
# 卸载驱动模块
/sbin/rmmod $module $* || exit 1
# 删除设备文件
rm -f /dev/${device}
exit 0

编写测试代码：也就是用户空间的程序，该程序调用设备驱动来测试驱动的运行是否正常。测试代码如下所示：
test.c

/* test.c */

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#define     TEST_DEVICE_FILENAME        "/dev/test_dev"        /* 设备文件名*/
#define        BUFF_SZ                        1024                /* 缓冲大小 */

int main()
{
    int fd, nwrite, nread;
    char buff[BUFF_SZ];        /*缓冲区*/
    /* 打开设备文件 */
    fd = open(TEST_DEVICE_FILENAME, O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open");
        exit(1);
    }
        
    do
    {
        printf("Input some words to kernel(enter ‘quit‘ to exit):");
        memset(buff, 0, BUFF_SZ);
        if (fgets(buff, BUFF_SZ, stdin) == NULL)
        {
            perror("fgets");
            break;
        }
        buff[strlen(buff) - 1] = ‘\0‘;
        if (write(fd, buff, strlen(buff)) < 0) /* 向设备写入数据 */
        {
            perror("write");
            break;
        }
        if (read(fd, buff, BUFF_SZ) < 0)        /* 从设备读取数据 */
 {
            perror("read");
            break;
        }
        else
        {
            printf("The read string is from kernel:%s\n", buff);
        }
    } while(strncmp(buff, "quit", 4));
    close(fd);
    exit(0);
}

操作：

首先在虚拟设备驱动源码目录下编译并加载驱动模块。

$ make clean;make
$ ./test_drv_load

接下来，编译并运行测试程序

$ gcc –o test test.c
$ ./test

测试程序运行效果如下：

Input some words to kernel(enter ‘quit‘ to exit):Hello, everybody!
The read string is from kernel:Hello, everybody! /* 从内核读取的数据 */
Input some words to kernel(enter ‘quit‘ to exit):This is a simple driver
The read string is from kernel: This is a simple driver
Input some words to kernel(enter ‘quit‘ to exit):quit
The read string is from kernel:quit

最后，卸载驱动程序

$ ./test_drv_unload

运行截图：

收获：

主要了解了嵌入式Linux设备驱动程序的开发。明白了设备驱动程序的概念及Linux对设备驱动的处理、字符设备驱动程序的编写、字符设备驱动程序的编写流程、重要的数据结构、设备驱动程序的主要组成以及proc文件系统。通过该实验，了解到编写驱动程序的完整流程。

尝试一下记录「计划学习时间」和「实际学习时间」，到期末看看能不能改进自己的计划能力。这个工作学习中很重要，也很有用。
耗时估计的公式
：Y=X+X/N ，Y=X-X/N，训练次数多了，X、Y就接近了。

参考：软件工程软件的估计为什么这么难，软件工程 估计方法

• 计划学习时间:XX小时

• 实际学习时间:XX小时

• 改进情况：

(有空多看看现代软件工程 课件
软件工程师能力自我评价表)

参考资料

• 《深入理解计算机系统V3》学习指导
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